材料科学与工程学院在水系锌基电池电极/电解质界面耐久性方面取得研究进展

发布时间:2021-12-24

本网讯(材料科学与工程学院 胡海波)我校材料科学与工程学院胡海波教授、吴明在教授与香港理工大学华涛教授课题组合作,针对水系锌离子电池金属锌阳极枝晶问题,通过原位自组装策略,基于细菌纤维素,在金属锌箔表面设计了一种具有独特三维多孔结构的离子筛涂层。该涂层通过与锌离子的强相互作用,可以有效打破水合锌离子溶剂化平衡,促进水合锌离子脱溶剂化 (function Ⅰ)。伴随着被涂层排斥的大量配位水,金属锌阳极和电解质界面处的游离水减少,析氢反应被有效削弱。而且,人工构建的具有丰富纳米孔道的多孔涂层,具有类似于筛子的空间位阻效应,可以有效均匀化锌离子通量,从而辅助锌离子均匀沉积 (function Ⅱ)。这些功能协同作用, 使得制备的锌阳极在对称电池中取得了3000 h (放电深度0.52%)的超长循环寿命。

1 (a,b)不同锌阳极表面锌离子沉积示意图及(c)对称电池循环可逆性测试

 

此外,针对柔性全固态锌空气电池对高能效和机械耐受性的挑战性追求,胡海波教授、吴明在教授与香港理工大学华涛教授课题组进一步合作提出了一种新型电极/电解质界面化学/机械耐久性增强方法设计合成的聚丙烯酸-Fe3+-壳聚糖(PAA-Fe3+-CS)双网络水凝胶,当吸收了NH4Cl近中性电解质时,受到Hofmeister效应的作用,引入聚丙烯酸水凝胶骨架的壳聚糖分子束会发生沉淀和折叠,有效增强了PAA-Fe3+-CS/NH4Cl水凝胶电解质在空气阴极和锌阳极表面的粘附强度,实现了可靠而牢固的机械粘合并有效降低了界面电荷转移电阻。获得的柔性固态锌空气电池在充放电过程中对反复机械形变表现出优异的耐受性,允许超过360次连续弯曲形变,而电压效率没有任何下降。

 

2 PAA-Fe3+-CS/NH4Cl水凝胶电解质对锌阳极和空气阴极的粘附增强机制及获得的柔性全固态锌空气电池循环性能测试

 

相关研究成果分别以“Ions Sieve: Tailoring Zn2+ Desolvation Kinetics and Flux toward Dendrites-Free Metallic Zinc Anodes”和“Synergetic Chemistry and Interface Engineering of Hydrogel Electrolyte to Strengthen Durability of Solid-State Zn-air Batteries” 为题在期刊《ACS Nano》和《Small Methods》上在线发表。新近成立的beat365官方app下载手机登录材料科学与工程学院为第一通讯单位,beat365官方app下载手机登录胡海波教授和吴明在教授为文章通讯作者。

文章链接:https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.1c08638

https://doi.org/10.1002/smtd.202101276


返回原图
/